JP6515844B2 - Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium - Google Patents
Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium Download PDFInfo
- Publication number
- JP6515844B2 JP6515844B2 JP2016049314A JP2016049314A JP6515844B2 JP 6515844 B2 JP6515844 B2 JP 6515844B2 JP 2016049314 A JP2016049314 A JP 2016049314A JP 2016049314 A JP2016049314 A JP 2016049314A JP 6515844 B2 JP6515844 B2 JP 6515844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- simulation
- response
- frequency
- command value
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims description 215
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 224
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 93
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims description 84
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 82
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 66
- 230000006870 function Effects 0.000 description 80
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
- G05B13/044—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance not using a perturbation signal
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
- G05B2219/42154—Model itself controlled by position and speed loop
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
- G05B2219/42155—Model
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
- G05B2219/42163—Simulator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
本発明は、負荷装置を駆動するモータを制御するサーボドライバの応答をシミュレーション可能なシミュレーション装置等に関する。 The present invention relates to a simulation apparatus or the like capable of simulating the response of a servo driver that controls a motor that drives a load device.
サーボ機構において、負荷装置を駆動するためのモータを適切に制御するために、モータを制御するサーボドライバの制御パラメータ(位置ゲイン、速度ゲイン、フィルタのカットオフ周波数等)の調整を行うことが一般的である。 In a servo mechanism, in order to appropriately control a motor for driving a load device, it is general to adjust control parameters (position gain, velocity gain, filter cutoff frequency, etc.) of a servo driver that controls the motor. It is
従来、制御パラメータの調整方法には、モータを駆動し、負荷装置を実際に運転することにより行うものがある。すなわち、或る制御パラメータをサーボドライバに設定して実際にモータを駆動させ、そのときの負荷装置の応答を計測する。ここで、負荷装置の応答状態が所望の要件を満たしていない場合は、制御パラメータを変更して再度モータを駆動させ、そのときの負荷装置の応答を計測する。このように、制御パラメータを変更して、モータを繰り返し駆動して負荷装置を運転することにより、制御パラメータの設定を行うものがある(例えば、特許文献1)。 Conventionally, there are methods of adjusting control parameters by driving a motor and actually operating a load device. That is, a certain control parameter is set to the servo driver to actually drive the motor, and the response of the load device at that time is measured. Here, when the response state of the load device does not satisfy the desired requirement, the control parameter is changed to drive the motor again, and the response of the load device at that time is measured. As described above, there is one in which the control parameter is set by changing the control parameter and driving the motor repeatedly to operate the load device (for example, Patent Document 1).
また、実際に装置を運転させて制御パラメータの設定を行う方法以外にも、シミュレーションにより、制御パラメータの設定を行うものがある。すなわち、サーボドライバおよび負荷装置の物理モデルを使用し、制御パラメータを設定して繰り返しシミュレーションを行う。そして、シミュレーション結果として得られる応答状態が所望の要件を満たしているか否かに応じてで、制御パラメータの設定を行うものがある(例えば、特許文献2)。 In addition to the method of actually operating the apparatus and setting the control parameters, there are methods of setting the control parameters by simulation. That is, using the physical model of the servo driver and the load device, control parameters are set and simulation is repeated. Then, there is one in which control parameters are set depending on whether a response state obtained as a simulation result satisfies a desired requirement (for example, Patent Document 2).
また、制御パラメータのうち、出力フィルタの調整を行う方法が特許文献3に開示されている。より詳細には、特許文献3には、出力フィルタの周波数応答の振幅特性と負荷装置の周波数応答の振幅特性との和を表示し、出力フィルタの制御パラメータを調整する方法が開示されている。
Among the control parameters,
しかしながら、上記特許文献3に開示された従来技術において、表示される特性は、負荷装置および出力フィルタそれぞれの周波数応答の振幅特性の和のみである。よって、出力フィルタの制御パラメータの調整を行うことはできるが、速度制御器、および位置制御器の制御パラメータを調整することはできない。速度制御および位置制御の応答特性を確認することができないためである。
However, in the prior art disclosed in
換言すれば、特許文献3に開示された従来技術において、シミュレーションできるのは、周波数応答のみ(すなわち、表示されるのはボード線図のみ)であり、時間応答(位置、速度)をシミュレーションすることはできない。
In other words, in the prior art disclosed in
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に、ユーザに対し、周波数応答と時間応答とを提示できるシミュレーション装置等を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to realize a simulation apparatus or the like which can easily present a frequency response and a time response to a user.
前記課題を解決するために、本発明に係るシミュレーション装置は、モータを含む制御対象と、前記モータを制御するモータ制御装置と、を有する機械系のシミュレーションを行うシミュレーション装置であって、前記機械系を駆動させるための第1指令値と、前記第1指令値によって駆動された前記機械系の応答の計測値と、の関係に基づいて、前記制御対象の特性を含む周波数応答関数を算出する周波数応答関数算出部と、前記機械系に対応した制御ブロック構造を有するシミュレーション系と、前記シミュレーション系の特性を変更させる制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、前記周波数応答関数、または、前記周波数応答関数と前記制御パラメータとに基づいて算出される周波数伝達関数を、シミュレーション用周波数伝達関数として設定する周波数伝達関数設定部と、シミュレーションのための第2指令値を生成する第2指令値生成部と、前記第2指令値と前記シミュレーション用周波数伝達関数とに基づいて、前記第2指令値に対する前記機械系の時間応答シミュレーションを実行する時間応答出力部と、前記シミュレーション用周波数伝達関数に基づいて、前記機械系の周波数応答特性を出力する周波数応答出力部と、前記時間応答シミュレーションの結果、および前記周波数応答特性を同時に、または選択的に、表示部に表示させる表示制御部と、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a simulation apparatus according to the present invention is a simulation apparatus that simulates a mechanical system having a control target including a motor, and a motor control apparatus that controls the motor, the mechanical system comprising Calculating a frequency response function including characteristics of the controlled object based on a relationship between a first command value for driving the motor and a measured value of the response of the mechanical system driven by the first command value A response function calculation unit, a simulation system having a control block structure corresponding to the mechanical system, a parameter setting unit for setting control parameters for changing characteristics of the simulation system, the frequency response function, or the frequency response function The frequency transfer function calculated based on the above and the control parameter is Based on the frequency transfer function setting unit set as a function, a second command value generation unit generating a second command value for simulation, and the second command value and the simulation frequency transfer function, the second A time response output unit that executes a time response simulation of the mechanical system to a command value, a frequency response output unit that outputs a frequency response characteristic of the mechanical system based on the frequency transfer function for simulation, and the time response simulation And a display control unit configured to display the result and the frequency response characteristic simultaneously or selectively on a display unit.
前記の構成によれば、時間応答特性のシミュレーション結果と、周波数応答特性とが同時に表示される。これにより、時間応答特性のシミュレーション結果から制御対象の応答特性をユーザに対し容易に認識させることができるとともに、周波数応答特性から、制御パラメータの調整度合いをユーザに容易に認識させることができる。 According to the above configuration, the simulation result of the time response characteristic and the frequency response characteristic are simultaneously displayed. Thus, the response characteristic of the control object can be easily recognized by the user from the simulation result of the time response characteristic, and the user can easily recognize the adjustment degree of the control parameter from the frequency response characteristic.
また、サーボドライバの特性のみではなく、制御対象の特性である周波数伝達関数も用いてシミュレーションを実行するので、制御対象の個性に着目したシミュレーションを実行することができ、より正確なシミュレーション結果を得ることができる。 In addition, since simulation is performed using not only the characteristics of the servo driver but also the frequency transfer function, which is the characteristic of the control object, it is possible to execute a simulation focusing on the individuality of the control object, and obtain more accurate simulation results. be able to.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記時間応答出力部は、前記時間応答シミュレーションの結果として、前記機械系の位置、速度、トルクの少なくとも何れかの時間応答シミュレーションの結果を出力するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the time response output unit may output, as a result of the time response simulation, a result of time response simulation of at least one of the position, speed, and torque of the mechanical system. Good.
前記の構成によれば、時間応答シミュレーションの結果として、機械系の位置、速度、およびトルクの少なくとも何れかを出力し、ユーザに認識させることができる。なお、機械系の位置、速度、トルクとは、例えば、機械系に含まれる負荷装置の位置、速度、モータのトルク等である。 According to the above configuration, it is possible to output at least one of the position, speed, and torque of the mechanical system as a result of the time response simulation, and allow the user to recognize. The position, speed, and torque of the mechanical system are, for example, the position, speed, and torque of a motor included in the mechanical system.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記周波数応答出力部は、前記周波数応答特性として、前記第2指令値に対するゲイン応答特性および位相応答特性の少なくとも何れかを出力するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the frequency response output unit may output, as the frequency response characteristic, at least one of a gain response characteristic and a phase response characteristic with respect to the second command value.
前記の構成によれば、周波数応答特性として、第2指令値に対するゲイン応答特性および位相応答特性の少なくとも何れかを出力し、ユーザに認識させることができる。 According to the above configuration, it is possible to output at least one of the gain response characteristic to the second command value and the phase response characteristic as the frequency response characteristic, and allow the user to recognize.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記機械系は、制御ブロック構造として、位置制御器を含む位置フィードバック系と、前記位置制御器の下流側に配置される速度制御器を含む速度フィードバック系と、を有し、前記シミュレーション系は、前記位置フィードバック系に対応するモデル位置フィードバック系と、前記速度フィードバック系に対応するモデル速度フィードバック系と、を有し、前記周波数応答出力部は、前記周波数応答特性として、速度開ループ特性、速度閉ループ特性、位置開ループ特性、および、位置閉ループ特性の少なくとも何れか周波数応答特性を出力するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the mechanical system includes, as a control block structure, a position feedback system including a position controller, and a velocity feedback system including a velocity controller disposed downstream of the position controller. The simulation system has a model position feedback system corresponding to the position feedback system and a model velocity feedback system corresponding to the velocity feedback system, and the frequency response output unit is configured as the frequency response characteristic. And at least any one of frequency response characteristics of velocity open loop characteristics, velocity closed loop characteristics, position open loop characteristics, and position closed loop characteristics.
前記の構成によれば、速度開ループ特性、速度閉ループ特性、位置開ループ特性、および位置閉ループ特性の少なくとも何れかの周波数応答特性をシミュレーションすることができる。 According to the above configuration, it is possible to simulate the frequency response characteristic of at least one of the velocity open loop characteristic, the velocity closed loop characteristic, the position open loop characteristic, and the position closed loop characteristic.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記第1指令値はトルクを示すトルク指令値であり、前記周波数応答関数算出部は、前記トルク指令値と、前記トルク指令値によって駆動された前記機械系の応答である速度計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the first command value is a torque command value indicating torque, and the frequency response function calculation unit is configured to calculate the torque command value and the response of the mechanical system driven by the torque command value. The frequency response function may be calculated based on the relationship with the velocity measurement value.
前記の構成によれば、計測用トルク指令を用いて、実際にモータを駆動したときの、機械系の特性である周波数応答関数を求めることができる。 According to the above configuration, it is possible to obtain the frequency response function which is the characteristic of the mechanical system when the motor is actually driven, using the measurement torque command.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記第1指令値は速度を示す速度指令値であり、前記周波数応答関数算出部は、前記速度指令値と、前記速度指令値によって駆動された前記機械系の応答である速度計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the first command value is a speed command value indicating a speed, and the frequency response function calculation unit is configured to calculate the speed command value and a response of the mechanical system driven by the speed command value. The frequency response function may be calculated based on the relationship with the velocity measurement value.
前記の構成によれば、計測用速度指令を用いて、実際にモータを駆動したときの、機械系の特性である周波数応答関数を求めることができる。 According to the above configuration, it is possible to obtain the frequency response function which is the characteristic of the mechanical system when the motor is actually driven by using the measurement speed command.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記第1指令値は位置を示す位置指令値であり、前記周波数応答関数算出部は、前記位置指令値と、前記位置指令値によって駆動された前記機械系の応答である位置計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出するものであってもよい。 In the simulation apparatus according to the present invention, the first command value is a position command value indicating a position, and the frequency response function calculation unit is configured to calculate the response of the mechanical system driven by the position command value and the position command value. The frequency response function may be calculated based on the relationship with the position measurement value.
前記の構成によれば、計測用位置指令を用いて、実際にモータを駆動したときの、機械系の特性である周波数応答関数を求めることができる。 According to the above configuration, it is possible to obtain the frequency response function which is the characteristic of the mechanical system when the motor is actually driven, using the measurement position command.
本発明に係るシミュレーション装置では、前記シミュレーション用周波数伝達関数を逆フーリエ変換することにより、インパルス応答を算出するインパルス応答算出部を備え、前記時間応答出力部は、前記第2指令値と前記インパルス応答とに基づいて、前記時間応答シミュレーションを実行するものであってもよい。 The simulation apparatus according to the present invention includes an impulse response calculation unit that calculates an impulse response by performing inverse Fourier transform on the simulation frequency transfer function, and the time response output unit includes the second command value and the impulse response. And may execute the time response simulation.
前記の構成によれば、制御対象のモデルを物理モデルとして用意し、これを使用する場合のように、シミュレーションできる制御対象がモデルの形や次数に限定されてしまうことがない。よって、シミュレーションできる対象を広げることができるとともに、実際の制御対象が物理モデルの形からずれることにより、シミュレーション結果の精度が下がるということを防止することができる。さらに、サーボドライバの制御パラメータに関する知識を必要とせずに応答結果を確認することができるので、ユーザに対し過度の知識を要求することもない。 According to the above configuration, as in the case of preparing a model to be controlled as a physical model and using it, the controlled object that can be simulated is not limited to the shape or order of the model. Therefore, while being able to expand the object which can be simulated, it can prevent that the precision of a simulation result falls because an actual control object shifts | deviates from the form of a physical model. Furthermore, since the response result can be confirmed without requiring the knowledge on the control parameters of the servo driver, the user is not required to have an excessive knowledge.
前記課題を解決するために、本発明に係るシミュレーション方法は、モータを含む制御対象と、前記モータを制御するモータ制御装置と、を有する機械系のシミュレーションを行うシミュレーション方法であって、前記機械系を駆動させるための第1指令値と、前記第1指令値によって駆動された前記機械系の応答の計測値と、の関係に基づいて、前記制御対象の特性を含む周波数応答関数を算出する周波数応答関数算出ステップと、前記機械系に対応した制御ブロック構造を有するシミュレーション系の特性を変更させる制御パラメータを設定するパラメータ設定ステップと、前記周波数応答関数、または、前記周波数応答関数と前記制御パラメータとに基づいて算出される周波数伝達関数を、シミュレーション用周波数伝達関数として設定する周波数伝達関数設定ステップと、シミュレーションのための第2指令値を生成する第2指令値生成ステップと、前記第2指令値と前記シミュレーション用周波数伝達関数とに基づいて、前記第2指令値に対する前記機械系の時間応答シミュレーションを実行する時間応答出力ステップと、前記シミュレーション用周波数伝達関数を用いて、前記機械系の周波数応答特性を出力する周波数応答出力ステップと、前記時間応答シミュレーションの結果、および前記周波数応答特性を同時に、または選択的に、表示部に表示させる表示制御ステップと、を含むことを特徴としている。 In order to solve the above problem, a simulation method according to the present invention is a simulation method for simulating a mechanical system having a control target including a motor and a motor control device for controlling the motor, the mechanical system comprising Calculating a frequency response function including characteristics of the controlled object based on a relationship between a first command value for driving the motor and a measured value of the response of the mechanical system driven by the first command value A response function calculating step, a parameter setting step of setting a control parameter for changing characteristics of a simulation system having a control block structure corresponding to the mechanical system, the frequency response function, or the frequency response function and the control parameter The frequency transfer function calculated based on the above is set as the simulation frequency transfer function. Frequency transfer function setting step, a second command value generation step for generating a second command value for simulation, and the second command value based on the second command value and the simulation frequency transfer function. A time response output step of executing time response simulation of the mechanical system, a frequency response output step of outputting frequency response characteristics of the mechanical system using the frequency transfer function for simulation, a result of the time response simulation, A display control step of causing the display unit to display the frequency response characteristic simultaneously or selectively.
前記の方法によれば、前述した効果と同様の効果を奏する。 According to the above-described method, the same effects as the above-described effects can be obtained.
本発明の各態様に係るシミュレーション装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記シミュレーション装置が備える各部(ソフトウェア要素)として動作させることにより前記シミュレーション装置をコンピュータにて実現させるシミュレーション装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 The simulation apparatus according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the simulation apparatus is realized by the computer by operating the computer as each unit (software element) included in the simulation apparatus. The control program of the simulation apparatus and the computer readable recording medium recording the same also fall within the scope of the present invention.
本発明によれば、時間応答特性のシミュレーション結果と、周波数応答特性とが同時に表示される。これにより、時間応答特性のシミュレーション結果から制御対象の応答特性をユーザに対し容易に認識させることができるとともに、周波数応答特性から、制御パラメータの調整度合いをユーザに容易に認識させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the simulation result of the time response characteristic and the frequency response characteristic are simultaneously displayed. As a result, the response characteristic of the control object can be easily recognized by the user from the simulation result of the time response characteristic, and the adjustment degree of the control parameter can be easily recognized by the user from the frequency response characteristic. Play.
また、サーボドライバの特性のみではなく、制御対象の特性である周波数伝達関数も用いてシミュレーションを実行するので、制御対象の個性に着目したシミュレーションを実行することができ、より正確なシミュレーション結果を得ることができるという効果を奏する。 In addition, since simulation is performed using not only the characteristics of the servo driver but also the frequency transfer function, which is the characteristic of the control object, it is possible to execute a simulation focusing on the individuality of the control object, and obtain more accurate simulation results. The effect of being able to
〔実施形態1〕
〔制御システム100の概要〕
以下、本発明の実施形態1について、図1〜図9に基づいて説明する。まず、図1を参照して本実施形態に係る制御システム100について説明する。図1は、制御システム100の概要を示す図である。制御システム100は、サーボ機構を用いて負荷装置4の動作を制御するものであり、図1に示すように、設定装置(シミュレーション装置)1、サーボドライバ(モータ制御装置)2、モータ3、および負荷装置4を含む。また、モータ3と負荷装置4と含めて制御対象6と呼び、制御対象6とサーボドライバ2とを含めて機械系7と呼ぶ。
[Overview of Control System 100]
Hereinafter,
設定装置1は、サーボドライバ2の制御パラメータを設定および調整するための装置であり、調整用ソフトウェアが含まれている。具体的には、設定装置1は、調整用ソフトウェアを用いて、サーボドライバ2の応答状態が最適となるように、サーボドライバ2の制御パラメータ(例えば、位置ゲイン、速度ゲイン、フィルタのカットオフ周波数等)を調整する。なお、調整用ソフトウェアは、サーボドライバ2の応答状態を計測する機能とサーボドライバ2の応答をシミュレーションする機能と有する。設定装置1は、例えば、パーソナルコンピュータによって実現され、パーソナルコンピュータに格納されたプログラム(調整用ソフトウェア)が実行されることで、当該コンピュータが設定装置1として機能する。
The
ユーザ(制御システム100の使用者、設定者等)5は、設定装置1を用いて、サーボドライバ2の制御パラメータの設定および調整を行う。すなわち、ユーザ5は、設定装置1上で動作する調整用ソフトウェアを用いてサーボドライバ2の制御パラメータを設定し、サーボドライバ2の応答状態が最適となるように調整する。換言すれば、実際の計測結果、およびシミュレーション結果を用いて応答状態を確認し、制御パラメータの調整を行う。
A user (a user of the
サーボドライバ2は、設定装置1により設定され、調整された制御パラメータを記憶するとともに、その制御パラメータに従ってモータ3を駆動し、負荷装置4を動作させる。また、サーボドライバ2は、設定装置1、およびモータ3と、有線または無線により通信可能に接続されている。例えば、サーボドライバ2は、設定装置1とUSB(Universal Serial Bus)ケーブルによって接続されている。また、サーボドライバ2とモータ3とは、例えば、専用ケーブルによって接続されている。
The
そして、本実施形態では、計測対象を実際に計測して周波数応答関数を取得し、周波数応答関数と制御パラメータから得た周波数伝達関数を逆フーリエ変換してインパル応答を算出し、当該インパルス応答を用いてシミュレーションを実行する。 Then, in the present embodiment, the measurement object is actually measured to obtain a frequency response function, the frequency transfer function obtained from the frequency response function and the control parameter is inverse Fourier transformed to calculate an impulse response, and the impulse response is calculated. Use it to run a simulation.
よって、制御対象のモデルを物理モデルとして用意し、これを使用する場合のように、シミュレーションできる制御対象がモデルの形や次数に限定されてしまうことがない。よって、シミュレーションできる対象を広げることができるとともに、実際の制御対象が物理モデルの形からずれることにより、シミュレーション結果の精度が下がるということを防止することができる。さらに、サーボドライバの制御パラメータに関する知識を必要とせずに応答結果を確認することができるので、ユーザに対し過度の知識を要求することも必要なくなる。 Therefore, as in the case of preparing a model to be controlled as a physical model and using it, the controlled object that can be simulated is not limited to the shape or order of the model. Therefore, while being able to expand the object which can be simulated, it can prevent that the precision of a simulation result falls because an actual control object shifts | deviates from the form of a physical model. Furthermore, since it is possible to confirm the response result without requiring the knowledge on the control parameters of the servo driver, it is not necessary to require the user to have an excessive knowledge.
〔設定装置1、サーボドライバ2の詳細〕
次に、図2、3を参照して設定装置1およびサーボドライバ2の構成について説明する。図2は、制御システム100に含まれる、設定装置1およびサーボドライバ2の要部構成を示すブロック図である。また、図3は、サーボドライバ2における制御の構造を示す図である。
[Details of setting
Next, configurations of the
図2に示すように、設定装置1は、制御部10、操作受付部11、および表示部12を含む。
As shown in FIG. 2, the
操作受付部11は、設定装置1に対する操作を受け付け、その内容を制御部10に通知する。操作受付部11は、キーボードおよびマウスといったハードウェアによって構成されていてもよいし、後述する表示部12と合わせ、タッチパネルによって構成されていてもよい。
The operation receiving unit 11 receives an operation on the
また、後述するシミュレーションを実行する入力値を操作受付部11で受け付けてもよい。また、入力値そのものではなく、何らかの指示を受け付け、受け付けた内容からシミュレーション部23において入力値(第2指令値)を生成するものであってもよい。この場合、シミュレーション部23が第2指令値生成部となる。
In addition, the operation receiving unit 11 may receive an input value for executing a simulation to be described later. Further, instead of the input value itself, an instruction may be received, and the
表示部12は、サーボドライバ2の制御パラメータを設定する設定画面、シミュレーション結果等を表示するものである。なお、表示部12は設定装置1に必須の構成ではなく、設定装置1の外部にあってもよい。また、表示部12は、上述したように操作受付部11の機能を含むタッチパネルとして構成されていてもよい。
The
制御部10は、サーボドライバ2を含む機械系7の応答のシミュレーション、サーボドライバ2のパラメータの設定等を含む、設定装置1における各種処理を実行するものであり、パラメータ設定部21、周波数特性算出部22、シミュレーション部23、動作指示部24、取得部25、および表示制御部26を含む。
The
パラメータ設定部21は、操作受付部11を介して受け付けた、サーボドライバ2の制御パラメータをサーボドライバ2に設定する。また、シミュレーション実行時に、操作受付部11から受け付けたサーボドライバ2の制御パラメータをシミュレーション部23に通知する。
The
周波数特性算出部22は、後述するシミュレーション部23がサーボドライバ2を含む機械系7のシミュレーションを実行するときに用いる、負荷装置4を含む制御対象6の特性として周波数応答関数を算出する。そして、算出した結果をシミュレーション部23に通知する。制御対象6の周波数応答関数の算出方法の詳細については後述する。
The frequency
シミュレーション部23は、周波数特性算出部22が算出した負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数を用いて、サーボドライバ2を含む機械系7の応答(時間応答、位置応答)をシミュレーションし、その結果を表示部12に表示させる。シミュレーション部23によるシミュレーションの詳細については後述する。
The
動作指示部24は、操作受付部11を介してユーザから受け付けた指示に従い、サーボドライバ2に動作指示を送信する。具体的には、操作受付部11を介して受け付けた位置指令(時刻と位置とを指定する指令)をサーボドライバ2に通知し、負荷装置4において制御対象物が指定時刻に指定位置にくるように指示する。
取得部25は、負荷装置4が実際に運転されたときの結果を計測し、周波数特性算出部22または表示部12に通知する。より詳細には、取得部25は、周波数特性算出部22の指示により負荷装置4を動作させた場合は、その計測結果を周波数特性算出部22に通知する。また、動作指示部24の指示により負荷装置4を動作させた場合は、その結果を表示制御部26に通知し、表示部12に表示させる。
The
表示制御部26は、シミュレーション部23によるシミュレーション結果(周波数応答、および時間応答)をシミュレーション部23から受け取り、表示部12に表示する。また、上述したように、負荷装置の動作結果を取得部25から受け取り、表示部12に表示する。なお、表示制御部26の詳細については後述する。
The
また、図2に示すように、サーボドライバ2は、位置制御器31、速度制御器32、および電流制御器33を含む。これらの処理の内容を、図3を参照して説明する。図3は、サーボドライバ2の制御構造を示す図である。
Further, as shown in FIG. 2, the
図3に示すように、位置制御器31は、例えば比例制御(P制御)を行う。具体的には、動作指示部24から通知された位置指令と検出位置との偏差である位置偏差に、位置比例ゲインを乗ずることにより指令速度を出力する。なお、位置制御器31は、パラメータ設定部21により設定されることにより、予め、制御パラメータとして位置比例ゲインKppを有している。
As shown in FIG. 3, the
速度制御器32は、例えば比例制御(P制御)を行う。具体的には、位置制御器31から出力された速度指令と検出速度との偏差である速度偏差に、速度比例ゲインを乗ずることにより指令トルクを出力する。なお、速度制御器32は、パラメータ設定部21により設定されることにより、予め、制御パラメータとして速度比例ゲインKvpを有している。なお、速度制御器32は、比例制御(P制御)ではなく、PI制御を行ってもよい。この場合には、速度制御器32は、制御パラメータとして速度比例ゲインKvpと、速度積分ゲインKviを有している。
The
電流制御器33は、速度制御器32より出力されたトルク指令に基づいて電流指令を出力し、モータ3を制御して負荷装置4を動作させる。電流制御器33は、トルク指令フィルタ(1次のローパスフィルタ)、および複数のノッチフィルタを含み、制御パラメータとして、トルク指令フィルタのカットオフ周波数、ノッチフィルタの周波数を有している。
The
また、速度制御器32、電流制御器33、制御対象6を含み、かつ検出速度の速度制御器32へのフィードバックを含む系を速度フィードバック系と呼び、速度フィードバック系に加え、位置制御器31を含み、検出位置の位置制御器31へのフィードバックを含む系を位置フィードバック系と呼ぶ。また、速度フィードバック系、位置フィードバック系を区別する必要がないときは単にフィードバック系と呼ぶ。
In addition, a system that includes the
〔周波数特性算出部22における処理の詳細〕
周波数特性算出部22における処理の詳細について図5〜7を参照して説明する。図5は、計測用トルク指令により周波数応答関数を算出するときの制御ブロック図である。図6は、計測用速度指令により周波数応答関数を算出するときの制御ブロック図である。図7は、計測用位置指令により周波数応答関数を算出するときの制御ブロック図である。
[Details of Process in Frequency Characteristic Calculation Unit 22]
Details of the processing in the frequency
図2に示すように、周波数特性算出部22は、計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、周波数応答関数算出部53、および計測用位置指令生成部54を含む。なお、計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、および計測用位置指令生成部54は何れか、またはこれらのうちの2つを備える構成であってもよく、全てを備えている必要はない。
As shown in FIG. 2, the frequency
計測用トルク指令生成部51は、負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数を求めるときの、モータ3を駆動するための計測用トルク指令(第1指令値、トルク指令値)を生成する。
Measurement torque
計測用速度指令生成部52は、負荷装置4を含む制御対象6の周波数伝達関数Pを求めるときの、モータ3を駆動するための計測用速度指令(第1指令値、速度指令値)を生成する。
The measurement speed
計測用位置指令生成部54は、負荷装置4を含む制御対象6の周波数伝達関数Pを求めるときの、モータ3を駆動するための計測用位置指令(第1指令値、位置指令値)を生成する。
Measurement position
なお、本実施の形態では、設定装置1が、周波数応答を計測するための指令値を生成する機能として、計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、計測用位置指令生成部54を有する構成を記載している。しかしながら、周波数応答を計測するための指令値の生成方法はこれに限られない。例えば、計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、計測用位置指令生成部54は、それぞれ、指令値を生成するための条件を設定するものであり、当該設定された条件をサーボドライバ2に通知することで、サーボドライバ2が指令値の生成を行ってもよい。指令値を生成するための条件としては、例えば、指令値として掃引正弦波を使用する場合には、当該指令値の初期の振幅、振幅の増幅率が挙げられる。また、指令値の周波数の最大値を決める値を条件として設定することができる。指令値の周波数の最大値を決める値としては、例えば、計測のサンプリング周期が挙げられる。指令値の生成条件は、操作受付部11を介してユーザにより設定される。
In the present embodiment, as a function of setting
周波数応答関数算出部53は、計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、または計測用位置指令生成部54が生成した、計測用トルク指令、計測用速度指令、または計測用位置指令を用いて負荷装置4を含む制御対象6の特性である周波数応答関数を算出する。詳細な算出方法を以下に説明する。
The frequency response
〔算出方法−1〕
まず、算出方法−1について、図5を参照して説明する。図5に示すように、算出方法−1では、まず、計測用トルク指令生成部51が多くの周波数成分を含む計測用トルク指令を生成し、電流制御器33、および周波数応答関数算出部53に通知する。次に、電流制御器33は、通知された計測用トルク指令に基づき、モータ3を駆動させて負荷装置4を動作させる。
[Calculation method-1]
First, calculation method-1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, in the
そして、周波数応答関数算出部53は、計測用トルク指令生成部51から通知された計測用トルク指令と、計測した負荷装置4を含む制御対象6における応答速度(検出速度(速度計測値、計測値))とから、負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数を算出する。すなわち、周波数応答関数の計測対象Pmeasureは、電流制御器33および制御対象6を含むブロックである。
Then, the frequency response
具体的には、周波数特性算出部22は、以下のとおり周波数応答関数を算出する。まず、以下に示すように、計測用トルク指令と計測した応答速度のデータ(サンプリング間隔Δt、データ点数Nの時系列配列)とをそれぞれ周波数解析(フーリエ変換)して比をとることで、周波数応答関数P(複素数配列)を算出する。
Specifically, the frequency
Tref[N]:計測用トルク指令をフーリエ変換した複素数配列
Ωact[N]:応答速度をフーリエ変換した複素数配列
P[N]=Ωact[N]/Tref[N]
f[N]=0,1/(Δt・N),2/(Δt・N),3/(Δt・N),…,(N−1)/(Δt・N) f:周波数
以上により、電流制御器33および制御対象6を含む計測対象Pmeasureの周波数応答関数Pが求められる。
Tref [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming torque command for measurement Ωact [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming response speed P [N] = Ωact [N] / Tref [N]
f [N] = 0, 1 / (Δt · N), 2 / (Δt · N), 3 / (Δt · N),..., (N−1) / (Δt · N) f: More than frequency The frequency response function P of the measurement object P measure that includes the
〔算出方法−2〕
次に、算出方法−2について、図6を参照して説明する。図6に示すように、算出方法−2では、まず、計測用速度指令生成部52が多くの周波数成分を含む計測用速度指令を生成し、速度制御器32、および周波数応答関数算出部53に通知する。次に、速度制御器32は、上述したように、計測用速度指令と検出速度との偏差である速度偏差から指令トルクを出力する。電流制御器33は、通知された指令トルクに基づき負荷装置4を動作させる。
[Calculation method-2]
Next, calculation method-2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, in calculation method-2, first, the measurement speed
そして、周波数応答関数算出部53は、計測用速度指令生成部52から通知された計測用速度指令と、計測した負荷装置4における応答速度(検出速度)とから、計測対象Gv_measureの周波数応答関数を算出する。計測対象Gv_measureは、速度制御器32、電流制御器33、および制御対象6を含むブロックである。
Then, the frequency response
具体的には、周波数特性算出部22は、以下に示すように、まず、計測用速度指令と計測した応答速度のデータ(サンプリング間隔Δt、データ点数Nの時系列配列)をそれぞれ周波数解析(フーリエ変換)して比をとることで、速度閉ループの周波数応答関数Gv_closed(複素数配列)を算出する。
Specifically, as shown below, first, the frequency
Ωref[N]:計測用速度指令をフーリエ変換した複素数配列
Ωact[N]:応答速度をフーリエ変換した複素数配列
Gv_closed[N]=(Ωact[N])/(Ωref[N])
f[N]=0,1/(Δt・N),2/(Δt・N),3/(Δt・N),…,(N−1)/(Δt・N) f:周波数
次に、以下の通り、速度閉ループの特性Gv_closedから、計測時のサーボドライバ2の速度制御器32の特性(Cv)を除すことにより、計測対象Gv_measureの周波数応答関数Pを求める。
Ωref [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming velocity command for measurement Ωact [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming response speed Gv_closed [N] = (Ωact [N]) / (Ωref [N])
f [N] = 0, 1 / (Δt · N), 2 / (Δt · N), 3 / (Δt · N),..., (N−1) / (Δt · N) f: frequency Next, As described below, the frequency response function P of the measurement target Gv_measure is obtained by dividing the characteristic (Cv) of the
Gv_open[N]=(Gv_closed[N])/(1−Gv_closed[N])
P[N]=(Gv_open[N])/Cv[N]
以上により、計測対象Gv_measureの周波数応答関数Pが求められる。
Gv_open [N] = (Gv_closed [N]) / (1-Gv_closed [N])
P [N] = (Gv_open [N]) / Cv [N]
Thus , the frequency response function P of the measurement target G v — measure is obtained.
〔算出方法−3〕
次に、算出方法−3について、図7を参照して説明する。図7に示すように、算出方法−3では、まず、計測用位置指令生成部54が多くの周波数成分を含む計測用位置指令を生成し、位置制御器31、および周波数応答関数算出部53に通知する。次に、位置制御器31は計測用位置指令と検出位置との偏差である位置偏差から指令速度を出力する。速度制御器32は、指令速度と検出速度との偏差である速度偏差から指令トルクを出力する。電流制御器33は、通知された指令トルクに基づき負荷装置4を動作させる。
[Calculation method-3]
Next, calculation method-3 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, in calculation method-3, first, the measurement position
そして、周波数応答関数算出部53は、計測用位置指令生成部54から通知された計測用位置指令と、計測した負荷装置4における応答位置(検出位置(位置計測値、計測値))とから、計測対象Gp_measureの周波数応答関数を算出する。計測対象Gp_measureは、位置制御器31、速度制御器32、電流制御器33、および制御対象6を含むブロックである。
Then, the frequency response
具体的には、周波数特性算出部22は、以下に示すように、まず、計測用位置指令と計測した応答位置のデータ(サンプリング間隔Δt、データ点数Nの時系列配列)をそれぞれ周波数解析(フーリエ変換)して比をとることで、位置閉ループの周波数応答関数Gp_closed(複素数配列)を算出する。
Specifically, as shown below, first, the frequency
Θref[N]:計測用位置指令をフーリエ変換した複素数配列
Θact[N]:応答位置をフーリエ変換した複素数配列
Gp_closed[N]=(Θact[N])/(Θref[N])
f[N]=0,1/(Δt・N),2/(Δt・N),3/(Δt・N),…,(N−1)/(Δt・N) f:周波数
次に、以下の通り、位置閉ループの特性Gp_closedから、位置開ループGp_openの特性を求める。
Θref [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming position command for measurement Θact [N]: Complex number array obtained by Fourier transforming response position Gp_closed [N] = (Θact [N]) / (Θref [N])
f [N] = 0, 1 / (Δt · N), 2 / (Δt · N), 3 / (Δt · N),..., (N−1) / (Δt · N) f: frequency Next, The characteristics of the position open loop Gp_open are determined from the characteristics Gp_closed of the position closed loop as follows.
Gp_open[N]=(Gp_closed[N])/(1−Gp_closed[N])
次に、計測時の制御パラメータの値から、計測時の位置制御器31の特性Cpを求める。
Gp_open [N] = (Gp_closed [N]) / (1-Gp_closed [N])
Next, the characteristic Cp of the
そして、位置開ループ特性Gp_openから位置制御器31の特性と積分の項(1/s)を除し、速度閉ループの特性を求める。
Then, the characteristic of the
Gv_ closed[N]=(Gp_ open[N])/(Cp/s)
次に、以下の通り、速度閉ループの特性Gv_closedから、計測時のサーボドライバ2の速度制御器32の特性(Cv)を除すことにより、計測対象Gv_measureの周波数応答関数Pを求める。
Gv_closed [N] = (Gp_open [N]) / (Cp / s)
Next, as described below, the frequency response function P of the measurement object Gv_measure is obtained by dividing the characteristic (Cv) of the
Gv_open[N]=(Gv_closed[N])/(1−Gv_closed[N])
P[N]=(Gv_open[N])/Cv[N]
以上により、計測対象Gpv_measureの周波数応答関数Pが求められる。
Gv_open [N] = (Gv_closed [N]) / (1-Gv_closed [N])
P [N] = (Gv_open [N]) / Cv [N]
Thus , the frequency response function P of the measurement target G pv_measure can be obtained.
このように、本実施形態では、負荷装置4を動作して得た計測結果を用いて負荷装置4を含む計測対象の周波数応答関数を求める。そして、これを用いて以下に示すシミュレーションを実行するので、精度の高いシミュレーションを実行することができる。また、負荷装置4を含む計測対象の特性(周波数応答関数)は、計測結果から求めることができるため、負荷装置4の特性を求めるための特別な知識がユーザ5になくてもシミュレーションを実行することができる。
Thus, in the present embodiment, the frequency response function of the measurement target including the
〔シミュレーション部23における処理の詳細〕
次に、図8を参照してシミュレーション部23における処理の詳細を説明する。図8は、本実施形態に係る設定装置1におけるシミュレーションの内容を説明するための図である。
[Details of processing in simulation unit 23]
Next, details of processing in the
図2に示すように、シミュレーション部23は、周波数伝達関数設定部40、インパルス応答算出部41、シミュレーション系42、第2指令値生成部43、時間応答出力部44、および周波数応答出力部45を含む。
As shown in FIG. 2, the
周波数伝達関数設定部40は、周波数応答関数算出部53が算出した周波数応答関数から、または当該周波数応答関数とシミュレーション用の制御パラメータに基づいてシミュレーションに用いる周波数伝達関数であるシミュレーション用周波数伝達関数を設定する。
The frequency transfer
インパルス応答算出部41は、周波数伝達関数設定部40が設定したシミュレーション用周波数伝達関数のインパルス応答を算出する。
The impulse
シミュレーション系42は、シミュレーション対象のモデル構造を含む系である。シミュレーション系42の詳細については後述する。
The
第2指令値生成部43は、シミュレーション用の指令値である第2指令値を生成する。
The second command
時間応答出力部44は、時間応答シミュレーションを実行し、シミュレーション結果である時間応答を出力する。
The time
周波数応答出力部45は、シミュレーション結果である周波数応答を出力する。
The frequency
〔シミュレーション系の基本構造〕
まず、図8(a)を参照して、シミュレーション系の基本構造(制御ブロック構造)について説明する。図8(a)に示すように、シミュレーション系の基本構造は、機械系7に対応し、モデル位置制御器31’、モデル速度制御器32’、モデル電流制御器33’、および機械モデル部34’を含む。
[Basic structure of simulation system]
First, with reference to FIG. 8A, the basic structure (control block structure) of the simulation system will be described. As shown in FIG. 8A, the basic structure of the simulation system corresponds to the
モデル位置制御器31’は、サーボドライバ2の位置制御器31に対応し、モデル速度制御器32’は、サーボドライバ2の速度制御器32に対応し、モデル電流制御器33’は、サーボドライバ2の電流制御器33に対応し、機械モデル部34’は、制御対象6に対応する。
The model position controller 31 'corresponds to the
シミュレーション系の基本構造では、サーボドライバ2と同様に、モデル位置制御器31’に位置指令(Pcmd)が入力されて速度指令(vcmd)を出力し、モデル速度制御器32’には速度指令が入力されてトルク指令(τcmd)を出力し、モデル電流制御器33’にはトルク指令が入力されて電流指令(ccmd)を出力する。そして、機械モデル部34’に電流指令が入力され、速度(vsim)と位置(psim)とがシミュレーション結果として出力される。
In the basic structure of the simulation system, similarly to the
〔シミュレーション−0〕
シミュレーション−0では、図8(b)に示すように、図8(a)に示す基本構造の全体(モデル位置制御器31’、モデル速度制御器32’、モデル電流制御器33’および機械モデル部34’)を逆フーリエ変換の対象(第1周波数伝達関数)としてシミュレーションを行う。具体的には、以下の通りである。
[Simulation-0]
In simulation 0, as shown in FIG. 8 (b), the entire basic structure shown in FIG. 8 (a) (model position controller 31 ', model speed controller 32', model current controller 33 'and mechanical model The simulation is performed with the unit 34 ') as the object (first frequency transfer function) of the inverse Fourier transform. Specifically, it is as follows.
まず、上述した周波数特性算出部22の処理により、負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数Pを求める。次に、制御器の特性としての周波数伝達関数(Cp、Cv)を制御対象6の周波数応答関数Pに乗じることにより、速度開ループの周波数伝達関数Gv_open、および速度閉ループの周波数伝達関数Gv_closedを求める。ここで、周波数伝達関数(Cp、Cv)は、シミュレーション用の制御パラメータにより表現されるものである。すなわち、周波数伝達関数Cpは、シミュレーション系のモデル位置制御部31’の特性を示す周波数伝達関数であり、シミュレーション用の制御パラメータであるシミュレーション用位置比例ゲインKpp_simが設定される。すなわち、周波数伝達関数Cpは、定数となる関数である 。また、周波数伝達関数Cvは、シミュレーション系のモデル速度制御部32’の特性を示す周波数伝達関数であり、シミュレーション用の制御パラメータであるシミュレーション用速度比例ゲインKvp_simが設定される。また、モデル速度制御部32’がPI制御を行う場合には、モデル速度制御部32’には、シミュレーション用速度比例ゲインKvp_simに加え、シミュレーション用速度積分ゲインKvi_simにより表現される。このとき、周波数伝達関数Cvは、Kvp_sim×(1+Kvi_sim/2)(ラプラス演算子sの関数)として表される。さらに、位置開ループの周波数伝達関数Gp_open、および位置閉ループの周波数伝達関数Gp_closedを求める。
First, the frequency response function P of the control target 6 including the
Gv_open=Cv・P
Gv_closed=(Gv_open)/(1+Gv_open)
Gp_open=Cp・Gv_closed・1/s (sは伝達関数の変数)
Gp_closed=(Gp_open)/(1+Gp_open)
次に、位置閉ループの周波数伝達関数Gp_closedを逆フーリエ変換して、インパルス応答gimpを求める。これは位置のインパルス指令に対する位置の応答を意味する。
Gv_open = Cv · P
Gv_closed = (Gv_open) / (1 + Gv_open)
Gp_open =
Gp_closed = (Gp_open) / (1 + Gp_open)
Next, the frequency transfer function Gp_closed of the position closed loop is inverse Fourier transformed to obtain an impulse response gimp. This means the response of the position to the impulse command.
gimp=IFFT(Gp_closed)
次に、位置指令(時系列配列pcmd)に対する位置の応答(時系列配列psim)を、以下の計算で求める。なお、これはインパルス応答gimpの畳み込みを行っていることになる。
gimp = IFFT (Gp_closed)
Next, the position response (time series array psim) to the position command (time series array pcmd) is obtained by the following calculation. This means that convolution of the impulse response gimp is performed.
FOR m=0からシミュレーションしたい長さの分繰り返し DO
FOR n=0からgimpの長さの分(N)だけ繰り返し DO
psim[m+n]=psim[m+n]+pcmd[m]・gimp[n]
END FOR
END FOR
以上により、図8(a)に示す基本構造全体を周波数伝達関数に置換してシミュレーションすることができる。
Repeat for the length you want to simulate from FOR m = 0 DO
Repeat for the length (N) of FOR n = 0 to gimp length DO
psim [m + n] = psim [m + n] + pcmd [m] · gimp [n]
END FOR
END FOR
By the above, it is possible to simulate by replacing the entire basic structure shown in FIG. 8A with the frequency transfer function.
これにより、制御パラメータを変更しながら機械系7の応答(位置応答、時間応答)をシミュレーションによって得ることができ、制御パラメータを変更して、都度、実際にモータ3を駆動して負荷装置4を動作させて応答を確認する必要がなくなる。
Thereby, the response (position response, time response) of the
〔シミュレーション−1〕
シミュレーション−1では、上述したシミュレーション−0よりも、以下の点が優れている。
[Simulation-1]
In simulation-1, the following points are superior to simulation 0 described above.
周波数特性算出部22が、検出した結果から求めた負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数には、低域の情報が十分には含まれていない。そのため、この算出結果を用いて、逆フーリエ変換を行って求めた時系列データは、低域成分に誤差を多く含むものとなってしまう。特に直流成分は定常偏差として表れるため明らからな誤差となってしまう。なお、計測時間を長めにすることにより、低域の情報を多く得ることは可能であるが、使い勝手が悪くなり、ユースケース上望ましくない。
The frequency response function of the control target 6 including the
また、シミュレーション−0では、速度指令vcmdが表れず、速度指令vcmdに速度フィードフォワードを加算する構成のシミュレーションをすることはできない。 Further, in the simulation 0, the speed command vcmd does not appear, and it is impossible to simulate the configuration in which the speed feedforward is added to the speed command vcmd.
そこで、シミュレーション−1では、応答位置をフィードバックして指令位置と応答位置との位置偏差を算出し、これを用いて、周波数伝達関数を逆フーリエ変換して得たインパルス応答を畳み込み、応答速度を算出し、算出した応答速度を積分して応答位置を算出することによってシミュレーションを実行している。これにより、応答位置をフィードバックして位置偏差を算出するので、低域成分の誤差が補正され、精度の高いシミュレーションを実行することできる。
Therefore, in
より詳細に、図8(c)を参照して、説明する。図8(c)は、シミュレーション−1の内容を説明するための図である。図8(c)に示すように、シミュレーション−1では、シミュレーション系の基本構造のうち、モデル速度制御器32’、モデル電流制御器33’、および機械モデル部34’を逆フーリエ変換の対象としてシミュレーションを行う。そして、モデル位置制御器31’が、位置指令pcmdと位置指令pcmdに対応する応答位置psimとの位置偏差から速度指令vcmdを算出し、算出された速度指令vcmdから、第2周波数伝達関数を用いて応答速度vsimを算出し、算出された応答速度vsimから応答位置psimを算出する。なお、ここでは、算出された速度指令vcmdが、位置指令pcmd(第2指令値)がシミュレーション系に入力されて出力された出力値に対応する。
A more detailed description will be given with reference to FIG. 8 (c). FIG. 8C is a diagram for explaining the contents of simulation-1. As shown in FIG. 8C, in
具体的には、以下のように算出する。なお、シミュレーションしたいパラメータを入力後のモデル速度制御器32’の特性をCvとする。 Specifically, it is calculated as follows. The characteristic of the model speed controller 32 'after input of the parameter to be simulated is Cv.
まず、周波数伝達関数設定部40は、Cvを、周波数特性算出部22が算出した、負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数Pに乗じて、速度開ループの周波数伝達関数Gv_open、および速度閉ループの周波数伝達関数Gv_closedを求める。
First, the frequency transfer
Gv_open[N]=Cv[N]・P[N]
Gv_closed[N]=(Gv_open[N])/(1+Gv_open[N])
次に、インパルス応答算出部41は、速度閉ループの周波数伝達関数Gv_closedを、以下のように逆フーリエ変換して、インパルス応答gimpを求める。これは速度のインパルス指令に対する速度の応答を意味する。
Gv_open [N] = Cv [N] · P [N]
Gv_closed [N] = (Gv_open [N]) / (1 + Gv_open [N])
Next, the impulse
gimp[N]=IFFT(Gv_closed[N])
次に、シミュレーション部23は、位置指令(時系列配列pcmd)に対する位置の応答(時系列配列psim)および速度の応答(時系列配列vsim)を、以下の計算で求める。これはインパルス応答gimpの畳み込みを行っていることになる。なお、vcmdは、モデル位置制御器31’から出力される。
gimp [N] = IFFT (Gv_closed [N])
Next, the
FOR m=0からシミュレーションしたい長さの分繰り返し DO
perr=pcmd[m]−psim[m−1] … 位置偏差perrを算出
vcmd=Kpp・perr
FOR n=0からgv_impの長さの分(N)だけ繰り返し DO
vsim[m+n]=vcmd・gimp[n] … 畳み込み
ENDFOR
psim[m] =psim[m−1]+vsim[m]・Δt … 速度を積分して位置を算出
ENDFOR
ここで、Kppは位置比例ゲイン(制御パラメータ)、 Δtは周波数応答計測時のサンプリング間隔である。
Repeat for the length you want to simulate from FOR m = 0 DO
perr = pcmd [m]-psim [m-1] ... Calculate the position deviation perr vcmd = Kpp · perr
Repeat by the number of minutes (N) of FOR n = 0 to gv_imp length DO
vsim [m + n] = vcmd · gimp [n] ... convolution ENDFOR
psim [m] = psim [m-1] + vsim [m] · Δt ... calculate the position by integrating the velocity ENDFOR
Here, Kpp is a position proportional gain (control parameter), and Δt is a sampling interval at the time of frequency response measurement.
以上のように、シミュレーション−1では、図8(a)に示す基本構造のうち、モデル速度制御器32’、モデル電流制御器33’、および機械モデル部34’を逆フーリエ変換の対象とし、位置偏差を用いてシミュレーションを実行している。
As described above, in
そして、位置偏差を用いることにより、負荷装置4を含む制御対象6の周波数応答関数に含まれる低域成分の誤差を減少させていくことができるので、シミュレーション−0と比較して、より正確なシミュレーションを実行することができる。
Then, by using the position deviation, it is possible to reduce the error of the low-pass component included in the frequency response function of the control target 6 including the
また、速度開ループの周波数伝達関数(Gv_open)、速度閉ループの周波数伝達関数(Gv_closed)をそのままボード線図として出力することにより、速度開ループや速度閉ループの周波数応答をシミュレーションすることができる。 Further, the frequency response of the velocity open loop or the velocity closed loop can be simulated by outputting the frequency transfer function of the velocity open loop (Gv_open) and the frequency transfer function of the velocity closed loop (Gv_closed) as it is as a Bode diagram.
〔変形例〕
モデル速度制御器32’のパラメータを変更せずにシミュレーションを繰り返す場合、速度閉ループの特性(周波数伝達関数)Gv_closedが一定になる。そこで、前述した算出方法−2により、速度閉ループの特性(周波数伝達関数)Gv_closedを求め、求めた速度閉ループの特性(周波数伝達関数)Gv_closedを用いて、gimpを求めてシミュレーションを実行する。これは、例えば、位置制御器31のパラメータのみを変更する場合、位置指令のみを変更する場合に有用である。
[Modification]
When the simulation is repeated without changing the parameters of the model speed controller 32 ', the speed closed loop characteristic (frequency transfer function) Gv_closed becomes constant. Therefore, the characteristic (frequency transfer function) Gv_closed of the velocity closed loop is determined by the calculation method-2 described above, and the simulation is performed by determining gimp using the determined characteristic (frequency transfer function) Gv_closed of the velocity closed loop. This is useful, for example, when changing only the parameters of the
〔設定装置1において制御パラメータを設定する処理の流れ〕
次に、図4を参照して、設定装置1において制御パラメータを調整(設定)する処理の流れを説明する。図4は、設定装置1における処理の流れを示すフローチャートである。
[Flow of processing for setting control parameters in setting device 1]
Next, with reference to FIG. 4, a flow of processing of adjusting (setting) control parameters in the
図4に示すように、制御パラメータの調整処理では、大きな流れとして、初期設定ステップで初期設定を行い(S1)、周波数応答関数算出ステップで周波数応答関数を算出し(S2)、時間応答シミュレーション実行ステップで時間応答シミュレーションを実行し(S3)、実機応答確認ステップで実機の応答を確認する(S4)。 As shown in FIG. 4, in the control parameter adjustment process, the initialization is performed in the initialization step as a large flow (S1), the frequency response function is calculated in the frequency response function calculation step (S2), and time response simulation execution is performed. The time response simulation is executed in the step (S3), and the response of the actual device is confirmed in the actual device response confirmation step (S4).
ステップS1の初期設定ステップでは、パラメータ設定部21が周波数応答計測用の制御パラメータをサーボドライバ2に設定する(S1−1)。
In the initial setting step of step S1, the
ステップS2の周波数応答関数算出ステップでは、まず、周波数特性算出部22の計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、および計測用位置指令生成部54の少なくとも何れかが周波数応答計測用の指令値(第1指令値)を生成する(S2−1)。
In the frequency response function calculation step of step S2, first, at least one of the measurement torque
次に、周波数特性算出部22は、取得部25を介して、周波数応答を計測する(S2−2)。
Next, the frequency
次に、周波数特性算出部22は、制御対象6の特性を含む計測対象の周波数応答関数を算出する(S2−3)。
Next, the frequency
ステップS3の時間応答シミュレーション実行ステップでは、まず、パラメータ設定部21がシミュレーション用の制御パラメータを設定する(S3−1)。
In the time response simulation execution step of step S3, first, the
次に、周波数伝達関数設定部40は、ステップS2−3で算出した周波数応答関数、または、当該周波数応答関数とシミュレーション用の制御パラメータとに基づいて算出される周波数伝達関数を、シミュレーション用周波数伝達関数として設定する(S3−2)。
Next, the frequency transfer
次に、インパルス応答算出部41は、ステップS3−2で設定したシミュレーション用周波数伝達関数のインパルス応答を算出する(S3−3)。
Next, the impulse
次に、第2指令値生成部43は、シミュレーション用の指令値(第2指令値)を生成する(S3−4)。
Next, the second command
次に、時間応答出力部44は、ステップS3−4で生成された第2指令値とステップS3−3で算出したインパルス応答とを用いて時間応答シミュレーションの実行し、結果を出力する(S3−5)。
Next, the time
また、周波数応答出力部45は、S3−1で生成されたシミュレーション用周波数伝達関数を用いて、周波数応答特性としてゲイン応答特性、および、位相応答特性の少なくともいずれかの特性を出力する(S3−X)。
Further, the frequency
なお、S3−1で生成されるシミュレーション用周波数伝達関数は、時間応答シミュレーションに使用するものと、周波数応答特性の算出に使用するものとで、別のものであってよい。 The simulation frequency transfer function generated in step S3-1 may be different for use in time response simulation and for use in calculation of frequency response characteristics.
また、時間応答シミュレーションの実行ステップ(S3−5)と、周波数応答特性の出力ステップ(S3−X)とは、同時に行われてもよく、また、周波数応答特性の出力ステップが、時間往々シミュレーションの実行ステップよりも先に行われてもよい。 Also, the step of executing the time response simulation (S3-5) and the step of outputting the frequency response characteristic (S3-X) may be performed simultaneously, and the step of outputting the frequency response characteristic is often performed by simulation. It may be performed prior to the execution step.
シミュレーションの実行結果および周波数応答特性は、表示制御部26により表示部12に、例えば図9、10に示すような形で表示される(S3−6)。
The execution result of the simulation and the frequency response characteristic are displayed on the
そして、出力された時間応答シミュレーションの結果が良好であれば(S3−7でYES)、ステップS4に進み、良好でなければ(S3−7でNO)、ステップS3−1に戻り、ステップS3を繰り返す。 Then, if the output result of the time response simulation is good (YES in S3-7), the process proceeds to step S4, and if not good (NO in S3-7), the process returns to step S3-1, and the process returns repeat.
ステップS4の実機械応答確認ステップでは、まず、ステップS3−6で応答状態が良好と判定されたときの制御パラメータをサーボドライバ2に設定する(S4−1)。 In the real machine response confirmation step of step S4, first, the control parameter when the response state is determined to be good in step S3-6 is set in the servo driver 2 (S4-1).
次に、設定された制御パラメータにて機械系7を動作させ、応答を計測する(S4−2)。
Next, the
そして、計測した応答が良好であれば(S4−3でYES)、制御パラメータの調整を終了する。一方、計測した応答が良好でなければ(S4−3でNO)、ステップS2−2に戻る。 Then, if the measured response is good (YES in S4-3), the adjustment of the control parameter is ended. On the other hand, if the measured response is not good (NO in S4-3), the process returns to step S2-2.
以上のように、本実施形態では、サーボドライバ2の制御パラメータ(位置ゲイン、速度ゲイン、およびフィルタのカットオフ周波数等)を調整するために、速度制御や位置制御の時間応答をシミュレーションしてユーザに示すことができる。これにより、ユーザ5は、設定した制御パラメータを用いたときの時間応答をシミュレーションにより随時確認することができ、実際に負荷装置4を繰り返し動作させることなく短時間で安全に調整を行うことができる。
As described above, in this embodiment, in order to adjust the control parameters (position gain, speed gain, filter cutoff frequency, etc.) of the
なお、上述した制御パラメータの設定処理においては、初期応答ステップS1、周波数応答関数算出ステップS2、時間応答シミュレーション実行ステップS3、実機応答確認ステップS4の4つのステップを設けたが、実機応答確認ステップS4は行わなくても、制御パラメータの設定処理は可能である。すなわち、モータ3および負荷装置4の周波数応答を計測した結果を用いたシミュレーションにより、制御対象6の特性を精確に反映したシミュレーションが可能であるため、実機応答確認ステップS4を実行せずとも、制御パラメータの設定を完了してよい。
In addition, in the setting process of the control parameter mentioned above, although four steps of initial response step S1, frequency response function calculation step S2, time response simulation execution step S3, and real machine response confirmation step S4 are provided, real machine response confirmation step S4 The setting process of the control parameter is possible without performing. That is, since the simulation that accurately reflects the characteristics of the control target 6 is possible by the simulation using the result of measuring the frequency response of the
〔表示制御部26の詳細〕
次に、図9、10を参照して、表示制御部26の詳細について説明する。図9、10は、表示制御部26により表示部12に表示する表示例を示す図である。詳細には、図9(a)は、周波数伝達関数のゲイン特性を示す図であり、(b)は、周波数伝達関数の位相特性を示す図である。また、図10は、時間応答(位置または速度)を示す図である。
[Details of Display Control Unit 26]
Next, details of the
表示制御部26は、シミュレーション部23によるシミュレーションによって算出された、速度開ループ特性(周波数特性)Gv_open、速度閉ループ特性(周波数特性)Gv_closed、位置開ループ特性(周波数特性)Gp_open、位置閉ループ特性(周波数特性)Gp_closedを用いてボード線図(ゲイン特性(ゲイン応答特性)、および位相特性(位相応答特性)の少なくとも何れか)を生成する。また、シミュレーション部23による時間応答(位置および速度)のシミュレーション結果を示すシミュレーション図を生成する。そして、表示制御部26は、生成したボード線図およびシミュレーション図の双方を同時に、または選択的に表示部12に表示する。
The
ゲイン特性のボード線図は、横軸を周波数f[N]、縦軸を20・log10|G[N]|とすることにより生成できる。 The Bode diagram of the gain characteristic can be generated by setting the horizontal axis to frequency f [N] and the vertical axis to 20 · log 10 | G [N] |.
また、位相特性のボード線図は、横軸を周波数f[N]、縦軸をarg(G[N])とすることにより生成できる。 Further, a Bode diagram of the phase characteristics can be generated by setting the horizontal axis as frequency f [N] and the vertical axis as arg (G [N]).
また、シミュレーション図は、横軸を時間(t)、縦軸を位置(p)、または速度(v)とした図である。図10に示す例では、横軸が時間(t)、縦軸が位置(p)または速度(v)のグラフで、指令(位置指令、速度指令)とシミュレーションによる応答結果とが重畳してプロットされて表示されている。 The simulation diagram is a diagram in which the horizontal axis is time (t) and the vertical axis is position (p) or velocity (v). In the example shown in FIG. 10, the horizontal axis is a graph of time (t) and the vertical axis is a graph of position (p) or velocity (v), and the command (position command, speed command) and response result by simulation are superimposed and plotted Has been displayed.
これにより、速度開ループ特性Gv_open、速度閉ループ特性Gv_closed、位置開ループ特性Gp_open、位置閉ループ特性Gp_closedを用いたボード線図が表示されるので、ユーザに対し、サーボドライバ2の位置制御器31、速度制御器32の制御パラメータ(速度比例ゲイン、速度積分ゲイン、位置比例ゲイン等)の調整を容易かつ適切に行わせることができる。
As a result, a board diagram using the velocity open loop characteristic Gv_open, velocity closed loop characteristic Gv_closed, position open loop characteristic Gp_open, and position closed loop characteristic Gp_closed is displayed. Adjustment of control parameters (speed proportional gain, speed integral gain, position proportional gain, etc.) of the
さらに、時間応答のシミュレーション図を表示することにより、ユーザに対し、負荷装置4を含む機械系7の応答結果を容易に認識させることができる。
〔実施形態2〕
〔シミュレーション−2〕
本発明の他の実施形態について、図8(d)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
Furthermore, displaying the simulation diagram of the time response allows the user to easily recognize the response result of the
Second Embodiment
[Simulation-2]
Another embodiment of the present invention is described below with reference to FIG. In addition, about the member which has the same function as the member demonstrated in the said embodiment for convenience of explanation, the same code | symbol is appended and the description is abbreviate | omitted.
図8(d)に示すように、本実施形態では、シミュレーションの基本構造のうち、モデル電流制御器33’および機械モデル部34’を1つのシミュレーション用周波数伝達関数(第3周波数伝達関数)に置換してシミュレーションを実行する。 As shown in FIG. 8D, in the present embodiment, in the basic structure of simulation, the model current controller 33 'and the mechanical model unit 34' are combined into one simulation frequency transfer function (third frequency transfer function). Replace and run simulation.
すなわち、シミュレーション−2では、応答位置をモデル位置フィードバックループ31b’により、モデル位置制御器31’にフィードバックして位置指令(pcmd)とモデル応答位置(psim)との位置偏差を算出し、これを用いてモデル位置制御器31’は速度指令(vcmd)を生成する。そして、モデル速度制御器32’は、速度指令と、モデル速度フィードバックループ32b’によりフィードバックされたモデル速度応答(vsim)との速度偏差からトルク指令(τcmd)を生成する。そして、トルク指令と、第3周波数伝達関数とから、応答速度を算出し、算出した応答速度を積分して応答位置を算出することによってシミュレーションを実行する。これにより、応答速度、応答位置をフィードバックして、速度偏差、位置偏差を算出するので、低域成分の誤差が補正され、精度の高いシミュレーションを実行することできる。 That is, in simulation-2, the response position is fed back to the model position controller 31 'by the model position feedback loop 31b' to calculate the position deviation between the position command (pcmd) and the model response position (pism), and Using this, the model position controller 31 'generates a speed command (vcmd). Then, the model speed controller 32 'generates a torque command (.tau.cmd) from the speed deviation between the speed command and the model speed response (vsim) fed back by the model speed feedback loop 32b'. Then, the response speed is calculated from the torque command and the third frequency transfer function, and the calculated response speed is integrated to calculate the response position, thereby executing the simulation. As a result, the response speed and the response position are fed back to calculate the speed deviation and the position deviation. Therefore, the error of the low-pass component is corrected, and a highly accurate simulation can be performed.
なお、モデル速度制御器32’、第3周波数伝達関数P(35c’)、およびモデル速度フィードバックループ32b’を含む系をモデル速度フィードバック系(モデルフィードバック系)32a’と呼ぶ。また、モデル速度フィードバック系32a’とモデル速度制御器32’、モデル位置フィードバックループ31b’を含む系をモデル位置フィードバック系(モデルフィードバック系)31a’と呼ぶ。 A system including the model speed controller 32 ', the third frequency transfer function P (35c'), and the model speed feedback loop 32b 'is referred to as a model speed feedback system (model feedback system) 32a'. A system including a model velocity feedback system 32a ', a model velocity controller 32', and a model position feedback loop 31b 'is referred to as a model position feedback system (model feedback system) 31a'.
具体的には、シミュレーションの実行方法は、以下の通りである。シミュレーション部23は、周波数伝達関数Pを、以下のように逆フーリエ変換して、インパルス応答gimpを求める。これはトルクのインパルス指令に対する速度の応答を意味する。
Specifically, the simulation execution method is as follows. The
gimp[N]=IFFT(P[N])
次に、シミュレーション部23は、位置指令(時系列配列pcmd)に対する位置の応答(時系列配列psim)および速度の応答(時系列配列sim)を、以下の計算で求める。これはインパルス応答gimpの畳み込みを行っていることになる。なお、vcmdは、モデル位置制御器31’から出力され、τcmdはモデル速度制御器32’から出力される。
gimp [N] = IFFT (P [N])
Next, the
FOR m=0からシミュレーションしたい長さの分繰り返し DO
perr=pcmd[m]−psim[m−1] … 位置偏差perrを算出
vcmd=Kpp・perr
verr=vcmd−vsim[m−1] … 速度偏差verrを算出
τcmd=Kvp・verr
FOR n=0からgv_impの長さの分(N)だけ繰り返し DO
vsim[m+n]=τcmd・gimp[n] … 畳み込み
ENDFOR
psim[m]=psim [m−1]+vsim[m]・Δt … 速度を積分して位置を算出
ENDFOR
ここで、実施形態1と同様に、Kppは位置比例ゲイン(制御パラメータ)、 Δtは周波数応答計測時のサンプリング間隔であり、Kvpは、速度比例ゲイン(制御パラメータ)である。
Repeat for the length you want to simulate from FOR m = 0 DO
perr = pcmd [m]-psim [m-1] ... Calculate the position deviation perr vcmd = Kpp · perr
verr = vcmd-vsim [m-1] ... Calculate the velocity deviation verr τcmd = Kvp · verr
Repeat by the number of minutes (N) of FOR n = 0 to gv_imp length DO
vsim [m + n] = τcmd · gimp [n] ... convolution ENDFOR
psim [m] = psim [m-1] + vsim [m] · Δt ... calculate the position by integrating the velocity ENDFOR
Here, as in the first embodiment, Kpp is a position proportional gain (control parameter), Δt is a sampling interval at the time of frequency response measurement, and Kvp is a speed proportional gain (control parameter).
以上のように、本実施形態では、シミュレーション系の基本構造のうち、モデル電流制御器33’、および機械モデル部34’の周波数伝達関数(P)を逆フーリエ変換の対象とし、位置偏差および速度偏差を用いてシミュレーションを実行している。 As described above, in the present embodiment, among the basic structures of the simulation system, the frequency transfer function (P) of the model current controller 33 'and the mechanical model unit 34' is subjected to inverse Fourier transform, and position deviation and velocity are obtained. The simulation is performed using the deviation.
そして、位置偏差および速度偏差を用いることにより、周波数伝達関数Pに含まれる低域成分の誤差を減少させていくことができるので、シミュレーション−0と比較して、より正確なシミュレーションを実行することができる。 Then, by using the position deviation and the velocity deviation, the error of the low-pass component included in the frequency transfer function P can be reduced, so that a more accurate simulation can be performed as compared to the simulation 0. Can.
さらに、シミュレーション−1と比較しても、以下の効果を奏する。トルクフィードフォワード(モデル電流制御器33’に対し、トルク指令にフィードフォワードを加えたものを入力とする)を含む構成をシミュレーションを実行することが可能となる。シミュレーション−1では、トルク指令τcmdが表れず、トルク指令τcmdにトルクフィードフォワードを加算することができないためである。なお、フィードフォワードの構成については、実施形態3として以下に記載する。
Furthermore, even when compared with simulation-1, the following effects can be obtained. It is possible to execute a simulation including a configuration including torque feedforward (in which a torque command plus a feedforward added to the model current controller 33 'is used as an input). In the
また、モデル電流制御器33’の制御パラメータは変更せずに、モデル位置制御器31’およびモデル速度制御器32’の制御パラメータのみを変更するようなシミュレーションを実行する場合、P(モデル電流制御器33’と機械モデル部34’とを含む系の周波数伝達関数)は変化しないため、処理量を軽減することができる。計算量の多い逆フーリエ変換を再計算する必要が無いためである。
In addition, when performing a simulation in which only control parameters of the
〔ソフトウェアによる実現例〕
設定装置1の制御ブロック(特に制御部10(パラメータ設定部21、周波数特性算出部22(計測用トルク指令生成部51、計測用速度指令生成部52、周波数応答関数算出部53、計測用位置指令生成部54))、シミュレーション部23(周波数伝達関数設定部40、インパルス応答算出部41、シミュレーション系42、第2指令値生成部43、時間応答出力部44、周波数応答出力部45)、動作指示部24、取得部25、および表示制御部26)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
[Example of software implementation]
Control block of setting device 1 (especially control unit 10 (
後者の場合、設定装置1は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、前記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、前記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
In the latter case, the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
1 設定装置(シミュレーション装置)
2 サーボドライバ
3 モータ
4 負荷装置
5 ユーザ
6 制御対象
7 機械系
10 制御部
11 操作受付部
12 表示部
21 パラメータ設定部
22 周波数特性算出部
23 シミュレーション部
24 動作指示部
25 取得部
26 表示制御部
31 位置制御器
31’ モデル位置制御器
31b’ モデル位置フィードバックループ
32 速度制御器
32’ モデル速度制御器
32a’ モデル速度フィードバック系
32b’ モデル速度フィードバックループ
33 電流制御器
33’ モデル電流制御器
34’ 機械モデル部
40 周波数伝達関数設定部
41 インパルス応答算出部
42 シミュレーション系
43 第2指令値生成部
44 時間応答出力部
45 周波数応答出力部
51 計測用トルク指令生成部
52 計測用速度指令生成部
53 周波数応答関数算出部
54 計測用位置指令生成部
100 制御システム
1 Setting device (simulation device)
2
Claims (10)
前記機械系を駆動させるための第1指令値と、前記第1指令値によって駆動された前記機械系の応答の計測値と、の関係に基づいて、前記制御対象の特性を含む周波数応答関数を算出する周波数応答関数算出部と、
前記機械系に対応した制御ブロック構造を有するシミュレーション系と、
前記シミュレーション系の特性を変更させる制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記周波数応答関数、または、前記周波数応答関数と前記制御パラメータとに基づいて算出される周波数伝達関数を、シミュレーション用周波数伝達関数として設定する周波数伝達関数設定部と、
シミュレーションのための第2指令値を生成する第2指令値生成部と、
前記第2指令値と前記シミュレーション用周波数伝達関数とに基づいて、前記第2指令値に対する前記機械系の時間応答シミュレーションを実行する時間応答出力部と、
前記シミュレーション用周波数伝達関数に基づいて、前記機械系の周波数応答特性を出力する周波数応答出力部と、
前記時間応答シミュレーションの結果、および前記周波数応答特性を同時に、または選択的に、表示部に表示させる表示制御部と、
前記シミュレーション用周波数伝達関数を逆フーリエ変換することにより、インパルス応答を算出するインパルス応答算出部と、を備え、
前記時間応答出力部は、前記第2指令値と前記インパルス応答とに基づいて、前記時間応答シミュレーションを実行することを特徴とするシミュレーション装置。 A simulation apparatus that simulates a mechanical system having a control target including a motor and a motor control device that controls the motor,
A frequency response function including characteristics of the controlled object based on a relationship between a first command value for driving the mechanical system and a measured value of the response of the mechanical system driven by the first command value. A frequency response function calculation unit to be calculated;
A simulation system having a control block structure corresponding to the mechanical system;
A parameter setting unit configured to set control parameters for changing the characteristics of the simulation system;
A frequency transfer function setting unit configured to set a frequency transfer function calculated based on the frequency response function or the frequency response function and the control parameter as a frequency transfer function for simulation;
A second command value generation unit that generates a second command value for simulation;
A time response output unit that executes a time response simulation of the mechanical system with respect to the second command value based on the second command value and the simulation frequency transfer function;
A frequency response output unit that outputs frequency response characteristics of the mechanical system based on the simulation frequency transfer function;
A display control unit which causes the display unit to simultaneously or selectively display the result of the time response simulation and the frequency response characteristic;
An impulse response calculation unit that calculates an impulse response by performing inverse Fourier transform on the simulation frequency transfer function,
The simulation apparatus characterized in that the time response output unit executes the time response simulation based on the second command value and the impulse response .
前記シミュレーション系は、前記位置フィードバック系に対応するモデル位置フィードバック系と、前記速度フィードバック系に対応するモデル速度フィードバック系と、を有し、
前記周波数応答出力部は、前記周波数応答特性として、速度開ループ特性、速度閉ループ特性、位置開ループ特性、および、位置閉ループ特性の少なくとも何れか周波数応答特性を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The mechanical system has, as a control block structure, a position feedback system including a position controller, and a velocity feedback system including a velocity controller disposed downstream of the position controller.
The simulation system has a model position feedback system corresponding to the position feedback system, and a model velocity feedback system corresponding to the velocity feedback system.
The frequency response output unit outputs at least one of a frequency open loop characteristic, a velocity closed loop characteristic, a position open loop characteristic, and a position closed loop characteristic as the frequency response characteristic. The simulation device according to any one of to 3.
前記周波数応答関数算出部は、前記トルク指令値と、前記トルク指令値によって駆動された前記機械系の応答である速度計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The first command value is a torque command value indicating torque,
The frequency response function calculation unit is characterized in that the frequency response function is calculated based on a relationship between the torque command value and a speed measurement value which is a response of the mechanical system driven by the torque command value. The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the simulation is performed.
前記周波数応答関数算出部は、前記速度指令値と、前記速度指令値によって駆動された前記機械系の応答である速度計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The first command value is a speed command value indicating a speed,
The frequency response function calculation unit is characterized in that the frequency response function is calculated based on a relationship between the speed command value and a speed measurement value which is a response of the mechanical system driven by the speed command value. The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the simulation is performed.
前記周波数応答関数算出部は、前記位置指令値と、前記位置指令値によって駆動された前記機械系の応答である位置計測値と、の関係に基づいて、前記周波数応答関数を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The first command value is a position command value indicating a position,
The frequency response function calculation unit is characterized in that the frequency response function is calculated based on a relationship between the position command value and a position measurement value which is a response of the mechanical system driven by the position command value. The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the simulation is performed.
前記機械系を駆動させるための第1指令値と、前記第1指令値によって駆動された前記機械系の応答の計測値と、の関係に基づいて、前記制御対象の特性を含む周波数応答関数を算出する周波数応答関数算出ステップと、
前記機械系に対応した制御ブロック構造を有するシミュレーション系の特性を変更させる制御パラメータを設定するパラメータ設定ステップと、
前記周波数応答関数、または、前記周波数応答関数と前記制御パラメータとに基づいて算出される周波数伝達関数を、シミュレーション用周波数伝達関数として設定する周波数伝達関数設定ステップと、
シミュレーションのための第2指令値を生成する第2指令値生成ステップと、
前記第2指令値と前記シミュレーション用周波数伝達関数とに基づいて、前記第2指令値に対する前記機械系の時間応答シミュレーションを実行する時間応答出力ステップと、
前記シミュレーション用周波数伝達関数を用いて、前記機械系の周波数応答特性を出力する周波数応答出力ステップと、
前記時間応答シミュレーションの結果、および前記周波数応答特性を同時に、または選択的に、表示部に表示させる表示制御ステップと、を含み、
さらに、前記シミュレーション用周波数伝達関数を逆フーリエ変換することにより、インパルス応答を算出するインパルス応答算出ステップを含み、
前記時間応答出力ステップでは、前記第2指令値と前記インパルス応答とに基づいて、前記時間応答シミュレーションを実行することを特徴とするシミュレーション方法。 A simulation method for simulating a mechanical system having a control target including a motor and a motor control device for controlling the motor,
A frequency response function including characteristics of the controlled object based on a relationship between a first command value for driving the mechanical system and a measured value of the response of the mechanical system driven by the first command value. Calculating a frequency response function calculation step;
A parameter setting step of setting control parameters for changing characteristics of a simulation system having a control block structure corresponding to the mechanical system;
A frequency transfer function setting step of setting a frequency transfer function calculated based on the frequency response function or the frequency response function and the control parameter as a frequency transfer function for simulation;
A second command value generation step of generating a second command value for simulation;
A time response output step of executing a time response simulation of the mechanical system for the second command value based on the second command value and the simulation frequency transfer function;
A frequency response output step of outputting frequency response characteristics of the mechanical system using the simulation frequency transfer function;
A display control step of causing the display unit to simultaneously or selectively display the result of the time response simulation and the frequency response characteristic,
The method further includes an impulse response calculation step of calculating an impulse response by performing inverse Fourier transform on the simulation frequency transfer function,
The time response output step executes the time response simulation on the basis of the second command value and the impulse response .
The computer-readable recording medium which recorded the control program of Claim 9 .
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016049314A JP6515844B2 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium |
EP17151955.6A EP3220217B1 (en) | 2016-03-14 | 2017-01-18 | Method and device for simulation of a mechanical system |
US15/409,542 US10909278B2 (en) | 2016-03-14 | 2017-01-19 | Simulation device, simulation method, control program and recording medium |
CN201710045310.9A CN107193218B (en) | 2016-03-14 | 2017-01-20 | Simulation device, simulation method, control program, and recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016049314A JP6515844B2 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017167591A JP2017167591A (en) | 2017-09-21 |
JP6515844B2 true JP6515844B2 (en) | 2019-05-22 |
Family
ID=57868054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016049314A Active JP6515844B2 (en) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10909278B2 (en) |
EP (1) | EP3220217B1 (en) |
JP (1) | JP6515844B2 (en) |
CN (1) | CN107193218B (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6497401B2 (en) * | 2017-03-09 | 2019-04-10 | オムロン株式会社 | Simulation device, simulation method, and simulation program |
JP6880853B2 (en) * | 2017-03-14 | 2021-06-02 | オムロン株式会社 | Processing equipment, parameter adjustment method, and parameter adjustment program |
CN107992109B (en) * | 2017-12-06 | 2021-03-09 | 深圳易能电气技术股份有限公司 | Full closed-loop positioning control system and method |
US10613511B2 (en) * | 2017-12-22 | 2020-04-07 | Industrial Technology Research Institute | Tool machine servo control simulation device and establishing method of structure model |
JP7119759B2 (en) * | 2018-08-21 | 2022-08-17 | オムロン株式会社 | Setting support device |
JP6860540B2 (en) * | 2018-10-25 | 2021-04-14 | ファナック株式会社 | Output device, control device, and learning parameter output method |
TWI681274B (en) * | 2018-11-14 | 2020-01-01 | 財團法人工業技術研究院 | Method for adjusting frequency response parameter of machine tool and system using the same |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4876494A (en) * | 1986-11-20 | 1989-10-24 | Unimation, Inc. | Position and velocity feedback system for a digital robot control |
JP2755644B2 (en) * | 1989-01-20 | 1998-05-20 | 株式会社東芝 | Control system design method and design support device |
US5475291A (en) | 1992-12-10 | 1995-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adjustment device for adjusting control parameters of a servo motor and an adjustment method therefor |
JP3178202B2 (en) | 1992-12-10 | 2001-06-18 | 松下電器産業株式会社 | Servo motor control parameter adjustment device and adjustment method |
CA2123741C (en) | 1993-05-18 | 1998-07-14 | Peter Noren | Door operating system with programmed control unit |
JP3234365B2 (en) * | 1993-09-16 | 2001-12-04 | 株式会社小野測器 | Response characteristic measuring device |
JPH09269804A (en) | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Stability controller for automatic control system |
JP3451891B2 (en) * | 1997-06-13 | 2003-09-29 | 日産自動車株式会社 | Active vibration control device |
US6198246B1 (en) * | 1999-08-19 | 2001-03-06 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for tuning control system parameters |
JP4654493B2 (en) | 2000-08-08 | 2011-03-23 | 株式会社安川電機 | Electric motor control device |
US7128032B2 (en) | 2004-03-26 | 2006-10-31 | Bose Corporation | Electromagnetic actuator and control |
JP2006340480A (en) | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Yaskawa Electric Corp | Control device of motor and control method |
JP4973665B2 (en) | 2006-11-28 | 2012-07-11 | 株式会社安川電機 | Electric motor control device, output filter adjustment method, and output filter adjustment device |
JP2008217055A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | Power control method of multihop wireless system and power control system thereof |
JP4698656B2 (en) * | 2007-11-12 | 2011-06-08 | 三菱電機株式会社 | Control system and control support device |
JP5361280B2 (en) * | 2008-08-19 | 2013-12-04 | ディエスピーテクノロジ株式会社 | Simulation system with servo analysis function |
JP4231544B1 (en) | 2008-08-22 | 2009-03-04 | 山洋電気株式会社 | Motor control device |
US8214063B2 (en) | 2009-09-29 | 2012-07-03 | Kollmorgen Corporation | Auto-tune of a control system based on frequency response |
US9360849B2 (en) | 2010-10-27 | 2016-06-07 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Numerical control method |
JP5430775B2 (en) | 2010-11-05 | 2014-03-05 | 三菱電機株式会社 | Motor control device |
CN204679101U (en) | 2015-01-29 | 2015-09-30 | 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 | The parameter test system of frequency-conversion and speed-regulation motor |
CN104932260B (en) | 2015-05-27 | 2018-02-09 | 北华航天工业学院 | A kind of Mechatronic Systems pid parameter setting method |
JP6583070B2 (en) | 2016-03-14 | 2019-10-02 | オムロン株式会社 | Setting support apparatus, setting support method, information processing program, and recording medium |
-
2016
- 2016-03-14 JP JP2016049314A patent/JP6515844B2/en active Active
-
2017
- 2017-01-18 EP EP17151955.6A patent/EP3220217B1/en active Active
- 2017-01-19 US US15/409,542 patent/US10909278B2/en active Active
- 2017-01-20 CN CN201710045310.9A patent/CN107193218B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107193218A (en) | 2017-09-22 |
EP3220217B1 (en) | 2021-07-28 |
JP2017167591A (en) | 2017-09-21 |
US20170262573A1 (en) | 2017-09-14 |
CN107193218B (en) | 2020-06-30 |
EP3220217A1 (en) | 2017-09-20 |
US10909278B2 (en) | 2021-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6515844B2 (en) | Simulation apparatus, simulation method, control program, and recording medium | |
JP6409803B2 (en) | Simulation device, simulation method, control program, and recording medium | |
JP6583070B2 (en) | Setting support apparatus, setting support method, information processing program, and recording medium | |
JP4698656B2 (en) | Control system and control support device | |
JP6394724B2 (en) | Servo parameter adjusting device and servo parameter adjusting method | |
JP4973665B2 (en) | Electric motor control device, output filter adjustment method, and output filter adjustment device | |
JP2018120327A (en) | Control apparatus, control program and control system | |
US11137728B2 (en) | Processing device, control parameter determination method, and non-transitory recording medium storing a control parameter determination program | |
WO2022149241A1 (en) | Simulation program, simulation device, and simulation method | |
JP7159945B2 (en) | processing equipment | |
US12099338B2 (en) | Parameter setting assistance device, parameter setting assistance method | |
CN111796610B (en) | Motor control device and computer-readable recording medium | |
WO2020162200A1 (en) | Control device and control program | |
JP6087262B2 (en) | Numerical controller | |
US11146191B2 (en) | Simulation device, simulation method, and simulation program for a motor control device | |
JP5363900B2 (en) | Excitation control method, excitation control device, and vibration test device | |
JP7496095B2 (en) | CONTROL SYSTEM, CONTROL METHOD, COMPUTER, AND CONTROL PROGRAM |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171026 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180822 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180828 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181002 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190319 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190401 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6515844 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |